生姜汁对牛肉持水力效果的研究

秦跃奇,高海燕,孟可心,王莹,张麟,姜继凯,曾洁

（河南科技学院食品学院,河南新乡453003）

牛肉蛋白质含量高,而脂肪含量低,是当今世界食品肉类中位列第三的消耗肉品,在中国仅次于猪肉的消费肉类食品[1].牛肉制品的嫩度是由肌肉蛋白质分子之间的相互作用力、肌肉中结缔组织的分布、密度和性质等因素共同控制的[2].反映着肉中各种蛋白质的结构形态和特性,直接影响着肉的食用价值和商品价值,决定了肉在食用时口感的老嫩[3-7].肉的嫩度包含肉对舌或颊的柔软性,肉对牙齿压力的抵抗性,咬断肌纤维的难易程度和嚼碎程度[8].肌肉中胶原蛋白的含量及其中热稳定性交链键数目不同,肉嫩度也不同,因此要提高肉的嫩度,就要降低肉中胶原蛋白的含量[9].生姜是一种人们生活中不可或缺的调味剂,价格比较便宜,姜汁嫩化法操作简单、成本低、安全、风味好,是一种理想的肉类嫩化方法[10].目前研究表明生姜中含有大量的生姜蛋白酶对肉类有一定的嫩化作用,原因可能是生姜汁中的一种巯醇蛋白酶[11].生姜蛋白酶能有效同时降解肌原纤维和结缔组织,提高肉的嫩度[12].主要是由于植物蛋白酶可以对肉类的结缔组织及纤维中结构复杂的弹性蛋白和胶原蛋白进行适当分解,使部分氨基酸之间的连接键发生断裂,破坏了它们的分子结构,从而实现嫩化效果[13].

本文通过研究生姜汁对牛肉的嫩化效果,为牛肉的进一步加工利用提供嫩度更高的原料,从而提高牛肉深加工产品的质量.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

牛肉（冷冻）、生姜,购于当地市场.

CMD-20X 恒温鼓风干燥箱,上海琅轩实验设备有限公司；TDL-40B 台式离心机,上海安亭科学仪器厂制造；DZKW-D-Z 电热恒温水浴锅,北京市永光明医疗仪器厂；BS124S 电子天平,赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；雷磁PHS-3CpH 数字酸度计,上海精科；JYL-350A 打浆机,山东九阳小家电有限公司；T-500 型电子天平（精确度0.1 g）,美国双杰兄弟（集团）有限公司；Q200 型DSC,美国TA 公司；CB-400 色彩色差计,日本KONICAMINOLTN；TA.XT-plus 物性测定仪,英国Stable Micro System 公司；Quanta 200 扫描电子显微镜,美国FEI 公司.

1.2 试验方法

1.2.1 牛肉处理流程

将冷冻的牛肉从冰箱中取出,放入水槽中用自来水解冻,约3 h.将解冻好的牛肉取出,去除脂肪、筋膜,用清水稍冲洗一下即可,并且擦干表面的水分.

1.2.2 生姜汁制备 选取新鲜干净的生姜,去皮后清洗一下,然后切成小块状,用打浆机榨汁,先用四层纱布进行粗滤,再用离心机离心分离（4 000 r/min,15 min）,取上清液放进冰箱备用[14].

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 生姜汁添加量对牛肉嫩化效果的影响 在室温和一定的浸泡时间下,分别添加质量分数为3%、4%、5%、6%、7%的生姜汁对牛肉进行嫩化,比较不同添加量下生姜汁对牛肉的嫩化效果.

1.2.3.2 温度对牛肉嫩化效果的影响 以1.2.3.1 得出的生姜汁最佳添加量,将牛肉在20、30、40、50、60 ℃温度下浸泡相同的时间进行嫩化.比较不同温度条件下的嫩化效果.

1.2.3.3 时间对牛肉嫩化效果的影响 以1.2.3.1 确定的生姜汁最佳添加量在室温下将牛肉分别浸泡0、30、60、90、120 min,比较不同时间下的嫩化效果.

1.2.4 正交试验优化 根据单因素试验结果, 以生姜汁添加量、浸泡温度和浸泡时间3 个因素作为自变量,以牛肉持水为指标,采用L9（34）正交试验对生姜汁嫩化牛肉进行优化.

1.2.5 牛肉持水力测定 肉的持水量是指肉在压榨、加热、切碎、搅拌等外界因素的作用下,保持原有水分和添加水分的能力.其实质是肉的蛋白质所形成的网状结构在单位空间以物理状态所捕获的水分量的反映.肉的持水力是一项重要的肉质性状,它影响着肉的嫩度、质地等多种指标,具有重要的意义.肉的持水力大,其保持水的能力强、肉的汁液多、肉质富有弹性,具有良好的加工和食用品质,但持水力过大时,硬度变大,嫩度变小.这种特性对肉品加工的质量和产品的数量都有很大的影响[15].

1.2.5.1 牛肉含水量的测定（恒温干燥法）取洁净玻璃制的扁形干燥皿,置于100±5 ℃干燥箱中,加热0.5～1 h 后取出,置于干燥器中0.5 h 后称量,并重复干燥至恒温.称取10 g 切碎的牛肉,放入干燥皿中,样品厚度为5 mm,精密称量（干燥皿+肉质量）后,置于100±5 ℃干燥箱中,干燥2 h 后取出,放入干燥器内冷却0.5 h 后,称量（干燥皿+肉质量）后,再放入100±5 ℃干燥箱中干燥1 h 左右,取出,放入干燥器内冷却0.5 h 后再称量（干燥皿+肉质量）,至前后两次质量差不超过2 mg,即为恒质量.含水量计算公式为

1.2.5.2 牛肉离心损失率的测定（离心法）称取10 g 牛肉,用滤纸擦干表面水分,将其用捣臼捣碎,置于离心管中,称质量后放在离心机中离心（转速4 000 r/min,20 min）,取出离心管,将离心管中的水分倒出,并且用滤纸将其表面的水分吸干,将样品及离心管一起称质量,计算公式为

1.2.5.3 牛肉持水力的测定 持水率测定公式为

1.2.6 DSC 测定 采用DSC 测定仪进行热量测定：取3～4 mg 未经处理过牛肉（对照组）放进小器皿内再放进DSC 测定仪里进行测试,再用同样的方法测试经正交试验得出的最佳嫩滑方法处理过的样品.

1.2.7 TPA 测定 采用TA.XT-plus 物性测定仪进行硬度和其他物性的测定.将牛肉根据正交试验结果进行嫩化处理,然后把处理过的牛肉和未处理的牛肉（对照组）擦干表面水分,顺着肌纤维方向切取30 mm的正方体,最后放在质构仪上测定其硬度值,重复测定3 次,取平均值.测定条件：P/50 平底圆柱形探头；操作模式：压力测定；操作类型：TPA；测试前速度：2.00 mm/s；测试速度：2.00 mm/s；测试后速度：2.00 mm/s；测试距离：样品高度的50%.数据分析：硬度、弹性、胶着性、咀嚼性、黏性及回复性等物性数据采用TPA-macro 软件分析,Excel 2000 统计分析其他数据.

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 生姜汁添加量对牛肉嫩化效果的影响 不同生姜汁添加量嫩化,持水力测定结果如图1 所示.

图1 生姜汁添加量对牛肉的嫩化效果Fig.1 Tenderization effect of different amounts of ginger juice on beef

由图1 可知,不同的生姜汁用量对牛肉的持水力有一定的影响.与对照组相比,生姜汁处理的牛肉持水力明显提高,随着生姜汁用量的增加,持水力逐渐增加,当生姜汁添加质量分数为5%时,持水力最大；此后随生姜汁添加量的增加,持水力逐渐减小.由此表明,生姜汁添加质量分数为5%时对牛肉的嫩化效果最佳.

2.1.2 不同浸泡温度对牛肉嫩化效果的影响 在不同温度条件下用质量分数为5%的生姜汁嫩化牛肉,持水力测定结果如图2 所示.

图2 不同温度下浸泡对牛肉的嫩化效果Fig.2 Tenderization effect of soaking at different temperatures on beef

由图2 可知,在20～40 ℃之间经过生姜汁的浸泡,牛肉的持水力有明显的提高,随着浸泡温度的增加持水力下降趋于水平,40 ℃时的持水力明显的高于其他温度,最佳的浸泡温度为40 ℃.

2.1.3 不同浸泡时间对牛肉嫩化效果的影响 在不同浸泡时间的条件下用质量分数为5%的生姜汁嫩化牛肉,持水力测定结果如图3 所示.

图3 不同浸泡时间对牛肉的嫩化效果Fig.3 Tenderization effect of different soaking time on beef

由图3 可知,与对照组相比较0～60 min 内嫩化效果比较明显,随着时间的增加持水力有所上升,在60 min 时达到最大,所以浸泡时间为60 min 较合适.

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上,采用L9（34）正交设计,比较生姜汁的添加量、浸泡温度、浸泡时间对牛肉嫩度的影响,确定各因素的最优配比方案.因素水平表见表1.

表1 正交试验因素水平表Tab.1 Horizontal table of orthogonal test factors

正交试验分析结果见表2.

表2 正交实验结果与分析Tab.2 Orthogonal experimental results and analysis

由表2 可知,影响牛肉嫩化的主次因素顺序为C＞B＞A,即浸泡时间＞浸泡温度＞生姜汁添加量.牛肉嫩化最佳处理组合为A3B1C3,即正交试验第七组生姜汁添加质量分数为6%,浸泡温度30 ℃,浸泡时间80 min,该组合持水力为69.698 7%,优于在正交试验中的其它组合.方差分析结果见表3.

表3 正交试验方差分析结果Tab.3 Anova results of orthogonal experimental

由表3 可知,因素B 和因素C 对嫩化效果的影响比较显著,因素A 影响不显著.

2.3 生姜汁处理后牛肉热量的变化

用DSC 测定仪分别测定未经处理的牛肉（对照组）和经过质量分数为6%的生姜汁在30 ℃的温度下浸泡80 min 的牛肉的热量,结果见图4.

由图4 可知,经过生姜汁处理过的牛肉和对照组相比较,两者的图谱轮廓形似.在峰1 部分,牛肉中肌球蛋白的变性温度由60.28 ℃提前到51.51 ℃,在其变性过程中的热焓值由1.070 J/g 提升到了2.987 J/g.在峰2 时,肌动蛋白的变性温度由80.77 ℃延迟到84.09 ℃,其变性过程中的热焓值由0.1573 J/g 降低至0.1523 J/g.肌球蛋白变性过程中的热焓值增大,肌动蛋白的热焓值减小.综上所述,生姜汁处理后的牛肉,牛肉中某些蛋白质的性质改变了.

图4 生姜汁处理牛肉和对照组的DSC 图谱Fig.4 DSC map of beef treated with ginger juice and control group

2.4 生姜汁处理后牛肉的硬度及其他物性

未经处理的牛肉（对照组）和经过质量分数为6%的生姜汁在30 ℃的温度下浸泡80 min 的牛肉的硬度及其他物性比较结果见表5.

表5 生姜汁嫩化对牛肉硬度及其他物性的影响Tab.5 Effects of treated with ginger juice on hardness and other physical properties of beef

由表5 可知,与对照组相比,被生姜汁处理过的牛肉的硬度有所下降.生姜汁处理的牛肉的硬度为16 908.56,降低了5.3%.嫩化处理对牛肉的其他物性也有很明显的影响,回复性、咀嚼性、胶着性和黏性增大,弹性降低,pH 值变化不明显,亮度增大,红度和黄度降低,表明此时牛肉的视觉效果和口感较好,没有口感粗糙、韧性大而咀嚼费力的特征.

2.5 生姜汁处理后牛肉的超微结构

肉的超微结构是指肉经显微镜扫描后,扩大一定倍数后所看到的肉的组织结构.其好坏主要是通过肉的纹理的粗细、肉断面的光滑程度、肌原蛋白被分解程度、肌原纤维的断裂情况、肉的组织结构的破坏程度、脂肪存放量和分散程度来判断.一般认为纹理细腻、断面如绉绸般光滑、肌原蛋白大部分被分解、肌原纤维大部分已断裂、肉的组织结构被破坏的很厉害、脂肪细腻分散一致,呈大理石纹状的肉较好.

图5 嫩化牛肉的超微结构（×400）Fig.5 Microstructure diagram of tenderized beef（×400）

由图5-a 可知,对照组的牛肉纹理很粗,肌原蛋白没有被分解,肌原纤维较长,大部分都没断裂,组织结构断面粗糙,且组织比较完整,基本上没被破坏,脂肪的存放量多且分布不均匀.由图5-b 可知,被生姜汁嫩化的牛肉肌原蛋白被分解,肌纤维大部分都断裂了,组织结构被破坏的也很彻底,纹路不清晰,与对照组相比嫩度有一定的提高.被生姜汁处理过的牛肉有一定的嫩化效果,这与以物性作为嫩化指标测定的结果基本一致.

3 结论与讨论

本文通过单因素和正交试验对添加生姜汁嫩化牛肉的效果进行研究,结果表明,当添加生姜汁的质量分数为6%、温度为30 ℃、浸泡时间为80 min 时,嫩化效果最佳.生姜汁处理能够较好的保持牛肉的持水力,对牛肉的嫩化有很好的效果.DSC 的测定结果表明,生姜汁处理后的牛肉中肌球蛋白的变性温度提前,肌动蛋白的变性温度延后,说明生姜汁对牛肉中蛋白质的性质有影响.与对照组相比,生姜汁处理后的牛肉的硬度降低了5.3%.特别是弹性的降低幅度很快,弹性降低了33%.电镜分析结果表明,生姜汁嫩化的牛肉纹理比较细腻,结构比较细密,断面相对比较光滑,牛肉肌原蛋白被分解,肌纤维大部分都断裂了,组织结构被破坏的也很彻底,纹路也不清晰.

由于本次试验购买的是冷冻牛肉,因贮存时间过长,可能使牛肉的组织结构有一定的破坏,容易出现嫩化过度的现象；在解冻过程中可能会丢失一部分水分,使牛肉的持水力下降,失水率提高,这些问题有待后续研究改进.